O objetivo deste trabalho é fabricar próteses cranianas personalizados de baixo custo, em chapa de titânio puro. A fabricação antecipada do implante de acordo com as características do paciente permite ao cirurgião estudar e planejar a cirurgia com maiores possibilidades de atingir o resultado esperado, a personalização contribui para o resultado estético e funcional do implante, já que considera a anatomia de cada paciente, o custo baixo permite que um maior número de pessoas possam ser beneficiadas. Os experimentos práticos iniciam-se com aquisição de imagens tomográficas computadorizadas de um crânio defeituoso, reconstruiu-se digitalmente em CAD o crânio com defeito e também a reparadora (implante). A fabricação do implante em chapa de titânio puro grau 2 foi realizada por estampagem incremental, processo de baixo custo e que permite a fabricação customizada de peças. Foram comparadas as dimensões entre o modelo CAD e o modelo físico do implante. A partir da imagem tomográfica também foi gerado o modelo CAD do crânio fraturado e foi feita a usinagem do mesmo em madeira para a realização do teste funcional do implante onde foi comprovada a funcionalidade do mesmo, indicando a eficiência dos recursos e parâmetros utilizados. A ferramenta utilizada para a estampagem incremental foi fabricada em aço SAE 4340 com ponta intercambiável de titânio puro e o lubrificante utilizado no processo foi a base de gordura animal para evitar a contaminação da prótese. Foi feito o tratamento térmico de alivio de tensões na prótese estampada para manter as dimensões geométricas após o corte da prótese, melhoria na rugosidade superficial e biocompatibilidade do titânio. Após o tratamento térmico foram feitas análises na rugosidade e teste de molhabilidade no implante, onde os resultados mostraram que a prótese tratada termicamente muda as características biomecânicas. Para analise da geometria do implante foi feito uma varredura por escâner e comparação com o modelo CAD da prótese. / The work main objective is manufacture custom cranial implants with low cost, in titanium pure sheet. The prior implant fabrication according with the characteristics of the patient allow surgeon to study and planning surgeries with greater possibilities to achieve expected results. The customization helps for esthetic and functional results of implant, because regards the anatomy of each patient, the low cost allow the most people receive benefits. Practical experiments began with acquisition of computed tomographic images of a defective cranium, rebuilt the implant and this cranium in CAD images. Implant manufacture in titanium sheet pure grade 2, was performed with incremental forming, this process have low cost and enables to produce custom pieces. The implant dimensions been compared between the CAD Model and Physic Model. Starting with the tomographic image was generate the CAD Model of fractured cranium, and was make a machining the same in wood for realization of functional implant test, which was confirmed the same functionality, indicating resource efficiency and the parameters used. The tool used for sheet forming been manufactured in SAE 4340 steel with interchangeable point of pure titanium, and the lubricant used in the process has been the basis animal grease to avoid the implant contamination. Heat treatment was done to reduce the relief of stresses at the implant formed to maintain the geometric dimensions after the implant cut, superficial roughness better and titanium biocompatibility. After heat treatment, the average roughness analyzes performed and wettability test in the implant, witch results shows the treated prosthesis changes the biomechanical characteristics. For analysis of the implant geometry, was used a scanner and compared with the CAD model of the prosthesis.

Este trabalho busca alternativas para fabricação de coletores solares planos aplicando técnicas inovadoras em conformação de chapas metálicas. O objetivo é desenvolver um processo de fabricação flexível para placa absorvedora, empregando a técnica da Estampagem Incremental. Esta técnica utiliza uma matriz de suporte de PU, um prensa-chapas e um pequeno punção em conjunto com um centro de usinagem CNC. A Ferramenta utilizada consiste um punção de ponta esférica de fácil fabricação que "desenha" o canal de passagem da água diretamente na chapa, promovendo uma deformação pontual e progressiva. Para compor o canal utilizou-se a técnica de solda por atrito (Friction Stir Welding) com uma ferramenta simples que aproveita o mesmo ferramental da estampagem incremental em um “set-up” rápido da CNC. Foram utilizadas chapas de alumínio de 1mm de espessura. O novo coletor apresenta uma eficiência aprimorada em comparação aos fabricados pelo método tradicional, com uma geometria que favoreça a área de contato com a água. Este processo permite uma formidável flexibilização, viabilizando a produção de pequenos lotes e tornando possível produzir uma enorme variedade de produtos e componentes de geometrias complexas a partir de um ferramental simples e tempos de “set-up” reduzidos. / This work searches alternatives for solar energy collectors manufacture, applying new technologies of sheet metal forming. The objective is to develop a flexible fabrication process for the absorber sheet, using Incremental Sheet Forming. It consists in a PU support die, a blank holder and a small tool, applied in a CNC machine Center. The tool consists in a spherical edge punch of easy fabrication that “draws” the water channel directly into the sheet, promoting a punctual and progressive deformation. To compose the channel, it was used a second sheet jointed by Friction Stir Welding technique, with a simple tool that uses the same tooling of the Incremental Forming in a quick setup of the CNC. Aluminum sheets of 1mm tick were used. It is expected that this new collector panel should improve the thermal efficiency when compared to the traditionally fabricated, and with a geometry that benefits the contact area with the water. This process allows a formidable flexibilization, making the low volume production feasible, allowing the production of a great variety of products and components with complex geometries from simple tooling and reduced setup times.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento da chapa de latão 70/30 para o processo de Estampagem Incremental de Chapas (ISF - Incremental Sheet Forming), baseado nos parâmetros: ângulo de parede (ψ), passo vertical ( Z) e estratégia do caminho da ferramenta. Os experimentos baseiam-se na variante da Estampagem Incremental denominada Estampagem Incremental com Ponto Simples (SPIF - Single Point Incremental Forming). Foram realizados 18 ensaios usando uma ferramenta de estampar com raio (RT) de 5 mm. Para execução dos testes práticos, foram utilizados os recursos: softwares CAD/CAM, centro de usinagem CNC com três eixos, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além disso, o acabamento da superfície conformada foi medido através do parâmetro de rugosidade RZ nos principais ensaios, bem como a medição das deformações verdadeiras (j) e da espessura (s1). Os testes práticos demonstraram que a estratégia de usinagem espiral proporcionou um maior ângulo de parede, comparado à estratégia paralela de contorno. / This study aims to evaluate the behavior of 70/30 brass plate to the process of Incremental Sheet Forming - ISF, based on the parameters: wall angle (ψ), vertical step ( Z) and tool path strategy. The experiments were based on a variation of the ISF process, called SPIF (Single Point Incremental Forming). Eighteen tests were conducted using a punching tool with a radius (RT) of 5 mm. For the execution of practical tests, the resources were used: CAD / CAM software, CNC machining center with three axis. It was also used an incremental matrix, a tool for incremental forming and a sheet-press device. In addition, the surface finish was measured by RZ roughness parameter in the main tests, the same way the measurement of true strains (φ) and thickness (s1). The practice tests showed that the spiral machining strategy has provided a greater wall angle, compared to the parallel strategy contour.

A busca contínua da melhoria da competitividade do aço frente aos sucedâneos tem levado ao desenvolvimento de materiais especiais, permitindo atender a três das principais demandas do setor automotivo: redução de peso, economia de combustível e aumento da segurança do usuário. As condições sob as quais é realizado o reprocesso ou relaminação de encruamento dos aços livres de intersticiais, chamado IF - Interstitial Free podem afetar significativamente as características destes, especialmente do ponto de vista de sua estampabilidade, que é fundamentalmente importante para este tipo de produto. Este trabalho tem por objetivo estudar os efeitos da relaminação de encruamento na estampabilidade de chapas de um aço Intersticial Free - IF microligado ao titânio. A amostra em estudo foi retirada de bobinas laminadas e relaminadas no Laminador de Encruamento Nº2 da Usiminas unidade Cubatão, simulando uma condição real de processo, eventualmente necessária, devido a correções a serem efetuadas no acabamento superficial ou ajuste de planicidade. Após o processo de relaminação, foi realizada a caracterização do material através de ensaios para avaliar as propriedades mecânicas, a microestrutura, a textura cristalográfica (ODF) e determinou-se a curva limite de conformação (CLC). Os resultados mostram que os limites de escoamento e de resistência aumentam e o coeficiente de encruamento reduz com a relaminação de encruamento. Por outro lado, a textura na superfície varia conforme o grau de redução, porém pouco afeta no centro da amostra. A anisotropia normal e planar média apresentam correlação inversa com o grau de redução na relaminação. Para as reduções de relaminação estudadas, a dispersão dos pontos em torno da CLC, não evidencia influências significativas nas propriedades de conformação mecânica. / The continuous search of the improvement of the competitiveness of the steel front to the succedanea has led to the development of special materials, allowing to take care of three of the main demands of the automotive sector: reduction of weight, fuel economy and increase of the safety of the user. The conditions under which the process of strain hardening of Interstitial Free (IF) steel is carried through can significantly affect the characteristics of this steel, especially of the point of view of its conformability. The present work studies the effect of over-rolling performed on a skin-pass mill on the drawability of a Ti-stabilized IF steel. Conventional and larger-than-usual passes (over-rolling) have been performed in order to simulate the real-life condition in which there is an eventual necessity for larger reductions, due to problems related to surface finish or due to flatness problems. Tests have been carried out with increasing skin-pass reductions (up to about 1%) and the corresponding mechanical properties, microstructures, textures (ODF) and related Forming Limit Curves (FLC) have been assessed. The results have shown that the yield strength increases, the strain-hardening coefficient decreases, with increasing skin-pass over-rolling. On the other hand, texture varied slightly at the surface but showed little effect at mid-thickness. Tensile strength, normal and planar anisotropy, however presents an inverse correlation with the over-rolling reduction. The FLC results did not show any marked effect of over-rolling on the forming properties.

O presente trabalho tem como objetivo conhecer o comportamento do aço inoxidável austenítico AISI 304L para o processo de Estampagem Incremental de Chapas (ISF - Incremental Sheet Forming), baseado nos parâmetros: raio da ferramenta RT, ângulo de parede a e passo vertical dz. Os experimentos baseiam-se na variante da Estampagem Incremental denominada Estampagem Incremental com Ponto Simples (SPIF - Single Point Incremental Forming). Foram realizados 29 ensaios, em três ferramentas com raios de 5, 8 e 10 mm. Basicamente, a estrutura empregada foi um dispositivo para fixação da chapa, um centro de usinagem vertical e um software de CAD/CAM. O melhor acabamento da superfície conformada medido através da média da rugosidade Rz foi alcançado com ferramentas de raio de 10 mm. Após a conformação, os corpos de prova apresentaram um significativo encruamento de seus grãos, o que conduziu parte da microestrutura originalmente austenítica a uma transformação martensítica induzida por deformação (efeito TRIP). Pode-se constatar também, que existe uma tendência do aumento do ângulo de parede aumentar a microdureza da região encruada. Os ensaios de Estampagem Incremental nesta pesquisa mostram que os gráficos das deformações exibem a tendência de que o modo como ocorrem as deformações, aproximam-se muito da deformação plana (Q2 0). / The objective of this work is to study the behavior of austenitic stainless steel AISI 304L during the ISF process (Incremental Sheet Forming). The study was based on the following parameters: tool radius RT, wall angle and vertical depth dz. The tests were based on a variation of the ISF process, called SPIF (Single Point Incremental Forming). A total of 29 tests were performed with 5, 8 and 10 mm of tool radius. Basically, the structure used was a rig for attachment of the sheet, a Vertical Machining Center and a CAD/CAM software. The best surface finish formed, measured by parameter RZ, was obtained with 10 mm of tool radius. After the forming, the specimens presented a significant mechanical hardening of the grains, which induced part of the microstructure originally austenitic to a martensitic transformation induced by deformation (TRIP effect). It can also be verified that there is a tendency that the increase of the wall angle increases the micro hardness of the mechanical hardened area. The graphs of strains show a trend: the deformation mode is very close to plane strain conditions (Q2 0).

Este trabalho busca alternativas para fabricação de coletores solares planos aplicando técnicas inovadoras em conformação de chapas metálicas. O objetivo é desenvolver um processo de fabricação flexível para placa absorvedora, empregando a técnica da Estampagem Incremental. Esta técnica utiliza uma matriz de suporte de PU, um prensa-chapas e um pequeno punção em conjunto com um centro de usinagem CNC. A Ferramenta utilizada consiste um punção de ponta esférica de fácil fabricação que "desenha" o canal de passagem da água diretamente na chapa, promovendo uma deformação pontual e progressiva. Para compor o canal utilizou-se a técnica de solda por atrito (Friction Stir Welding) com uma ferramenta simples que aproveita o mesmo ferramental da estampagem incremental em um “set-up” rápido da CNC. Foram utilizadas chapas de alumínio de 1mm de espessura. O novo coletor apresenta uma eficiência aprimorada em comparação aos fabricados pelo método tradicional, com uma geometria que favoreça a área de contato com a água. Este processo permite uma formidável flexibilização, viabilizando a produção de pequenos lotes e tornando possível produzir uma enorme variedade de produtos e componentes de geometrias complexas a partir de um ferramental simples e tempos de “set-up” reduzidos. / This work searches alternatives for solar energy collectors manufacture, applying new technologies of sheet metal forming. The objective is to develop a flexible fabrication process for the absorber sheet, using Incremental Sheet Forming. It consists in a PU support die, a blank holder and a small tool, applied in a CNC machine Center. The tool consists in a spherical edge punch of easy fabrication that “draws” the water channel directly into the sheet, promoting a punctual and progressive deformation. To compose the channel, it was used a second sheet jointed by Friction Stir Welding technique, with a simple tool that uses the same tooling of the Incremental Forming in a quick setup of the CNC. Aluminum sheets of 1mm tick were used. It is expected that this new collector panel should improve the thermal efficiency when compared to the traditionally fabricated, and with a geometry that benefits the contact area with the water. This process allows a formidable flexibilization, making the low volume production feasible, allowing the production of a great variety of products and components with complex geometries from simple tooling and reduced setup times.

O presente trabalho possui o objetivo de avaliar a aplicabilidade da metrologia em uma ferramenta de estampagem incremental de chapas. Para o estudo foi confeccionada uma ferramenta de estampagem com rebaixos em seu corpo cilíndrico para a fixação dos sensores que mediram a deformação relativa. As análises apresentadas nesta pesquisa representam os cuidados e processos necessários ao uso de extensômetros aliado a um processo de fabricação mecânica. No presente estudo define-se a calibração de um sistema de medição da deformação superficial da ferramenta de estampagem com auxílio da Extensometria. Para validar os resultados obtidos pelos métodos da instrumentação das medidas das deformações e forças no processo de estampagem incremental foram utilizados os métodos de Cálculos Analíticos e Simulação Numérica por meio de softwares de Elementos Finitos. No método de medida se considerou parâmetros que podem comprometer os valores medidos tais como a medida da temperatura utilizando equipamentos termovisor. Além disso, foram realizados 04 (quatro) ensaios preliminares com o intuito de avaliar a medição de forma satisfatória nos eixos X e Y do processo de estampagem incremental, efetuando análises das forças nesses eixos em tração e compressão. A estampagem incremental ocorreu por meio de um total de 09 (nove) Ensaios variando-se ângulo de parede (ψ) e espessura das chapas (s0). Os experimentos baseiam-se na variante de estampagem incremental denominada Estampagem Incremental de Ponto Simples (SPIF – Single Point Incremental Forming). Para a execução dos testes práticos foram utilizados recursos de hardware como Ponte Wheatstone, extensômetros, Termovisor, Centro de Usinagem CNC, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além de recursos de software CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System), Análise de Elementos Finitos. E recursos de cálculos analíticos como forma comprobatória de resultados. A partir dos procedimentos executados junto com aparato tecnológico foi possível efetuar as análises e medições das forças na ferramenta de estampagem incrementa com referência aos eixos X e Y. Demonstrando neste a aplicabilidade de extensometria para leitura e análise de forças no processo de ISF. / This present work has the objective of assessing the applicability of instrumentation science in an incremental forming tool. For this study was made a tool with recesses on its cylindrical body as a means of fixing the strain sensors. The study presented demonstrate some of the warning and processes required the use of Strain Gages combined with a mechanical manufacturing process. In the present study is defined as an acceptable calibration measuring system with the aid of Extensometry. To validate the results obtained by the methods of instrumentation measurements of the deformations and forces in incremental sheet forming process were used Analytical Calculations and Numerical Simulation using Finite Elements. The measurement method was considered parameters that can compromise the measured values such as temperature measurement devices using thermometer. In addition, we conducted four (04) preliminary tests in order to evaluate the measurement system in satisfactory form with measured variables such as X and Y axes. We analyses the traction and compression forces in both axes. After the preliminary step, was performed a total of nine (09) tests with incremental sheet forming process, varying wall angle (ψ) and the thickness (s0). The experiments are based on the Single Point Incremental Forming - SPIF. For the implementation of the practical tests were used hardware resources such as CNC Machining Center, Wheatstone Bridge, Strain Gauges, Thermal Imager, incremental matrix and incremental forming tool. Besides, we used softwares such as CAD/CAM, DAQ (Data Acquisition System) and Finite Element Analysis. From the technological procedures perform with apparatus was possible do carry out the analyzes and measurement of forces in incremental sheet forming tool increases about to the axes X and Y. Demonstrating the applicability of the extensometry for reading and analyzing forces in the ISF process.

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento da chapa de latão 70/30 para o processo de Estampagem Incremental de Chapas (ISF - Incremental Sheet Forming), baseado nos parâmetros: ângulo de parede (ψ), passo vertical ( Z) e estratégia do caminho da ferramenta. Os experimentos baseiam-se na variante da Estampagem Incremental denominada Estampagem Incremental com Ponto Simples (SPIF - Single Point Incremental Forming). Foram realizados 18 ensaios usando uma ferramenta de estampar com raio (RT) de 5 mm. Para execução dos testes práticos, foram utilizados os recursos: softwares CAD/CAM, centro de usinagem CNC com três eixos, matriz incremental, ferramenta de estampagem incremental e um dispositivo prensa chapas. Além disso, o acabamento da superfície conformada foi medido através do parâmetro de rugosidade RZ nos principais ensaios, bem como a medição das deformações verdadeiras (j) e da espessura (s1). Os testes práticos demonstraram que a estratégia de usinagem espiral proporcionou um maior ângulo de parede, comparado à estratégia paralela de contorno. / This study aims to evaluate the behavior of 70/30 brass plate to the process of Incremental Sheet Forming - ISF, based on the parameters: wall angle (ψ), vertical step ( Z) and tool path strategy. The experiments were based on a variation of the ISF process, called SPIF (Single Point Incremental Forming). Eighteen tests were conducted using a punching tool with a radius (RT) of 5 mm. For the execution of practical tests, the resources were used: CAD / CAM software, CNC machining center with three axis. It was also used an incremental matrix, a tool for incremental forming and a sheet-press device. In addition, the surface finish was measured by RZ roughness parameter in the main tests, the same way the measurement of true strains (φ) and thickness (s1). The practice tests showed that the spiral machining strategy has provided a greater wall angle, compared to the parallel strategy contour.

O presente trabalho estuda o processo de estampagem incremental em chapas de alumínio puro, descrevendo as ferramentas e um suporte prensa chapas. Estuda e pesquisa bibliograficamente e experimentalmente o processo de estampagem incremental. O trabalho apresenta os procedimentos de caracterização utilizados para determinar os limites do processo, aplicáveis para chapas de 0,5 mm de espessura em alumínio puro. A caracterização da chapa, juntamente com o ensaio mecânico de tração e os testes práticos de estampagem fornecerão um panorama da estampagem incremental, para algumas situações diversas sobre o tema. Para a execução dos testes práticos foi fabricado um dispositivo prensa chapas e um punção, matriz incremental e ferramenta de estampagem incremental, também foram feitas adaptações na máquina CNC, centro de usinagem CNC com três eixos. / This paper studies the process of incremental sheet forming, in plates the aluminum pure, describing the tools and support a press plates. Studies and literature search and experimentally the process of stamping incremental. The work presents the characterization of procedures used to determine the limits of the process, applicable to plates of 0.5 mm thick pure aluminum. The characterization of the plate, along with mechanical traction test and practical tests of printing provide an overview of incremental printing, for some different situations on the subject. For the practical implementation of the tests was a device manufactured press plates and a puncture, matrix and incremental tool for stamping incremental, were also made adjustments in the CNC machine, CNC machining center with three axles.

O objetivo deste trabalho é fabricar próteses cranianas personalizados de baixo custo, em chapa de titânio puro. A fabricação antecipada do implante de acordo com as características do paciente permite ao cirurgião estudar e planejar a cirurgia com maiores possibilidades de atingir o resultado esperado, a personalização contribui para o resultado estético e funcional do implante, já que considera a anatomia de cada paciente, o custo baixo permite que um maior número de pessoas possam ser beneficiadas. Os experimentos práticos iniciam-se com aquisição de imagens tomográficas computadorizadas de um crânio defeituoso, reconstruiu-se digitalmente em CAD o crânio com defeito e também a reparadora (implante). A fabricação do implante em chapa de titânio puro grau 2 foi realizada por estampagem incremental, processo de baixo custo e que permite a fabricação customizada de peças. Foram comparadas as dimensões entre o modelo CAD e o modelo físico do implante. A partir da imagem tomográfica também foi gerado o modelo CAD do crânio fraturado e foi feita a usinagem do mesmo em madeira para a realização do teste funcional do implante onde foi comprovada a funcionalidade do mesmo, indicando a eficiência dos recursos e parâmetros utilizados. A ferramenta utilizada para a estampagem incremental foi fabricada em aço SAE 4340 com ponta intercambiável de titânio puro e o lubrificante utilizado no processo foi a base de gordura animal para evitar a contaminação da prótese. Foi feito o tratamento térmico de alivio de tensões na prótese estampada para manter as dimensões geométricas após o corte da prótese, melhoria na rugosidade superficial e biocompatibilidade do titânio. Após o tratamento térmico foram feitas análises na rugosidade e teste de molhabilidade no implante, onde os resultados mostraram que a prótese tratada termicamente muda as características biomecânicas. Para analise da geometria do implante foi feito uma varredura por escâner e comparação com o modelo CAD da prótese. / The work main objective is manufacture custom cranial implants with low cost, in titanium pure sheet. The prior implant fabrication according with the characteristics of the patient allow surgeon to study and planning surgeries with greater possibilities to achieve expected results. The customization helps for esthetic and functional results of implant, because regards the anatomy of each patient, the low cost allow the most people receive benefits. Practical experiments began with acquisition of computed tomographic images of a defective cranium, rebuilt the implant and this cranium in CAD images. Implant manufacture in titanium sheet pure grade 2, was performed with incremental forming, this process have low cost and enables to produce custom pieces. The implant dimensions been compared between the CAD Model and Physic Model. Starting with the tomographic image was generate the CAD Model of fractured cranium, and was make a machining the same in wood for realization of functional implant test, which was confirmed the same functionality, indicating resource efficiency and the parameters used. The tool used for sheet forming been manufactured in SAE 4340 steel with interchangeable point of pure titanium, and the lubricant used in the process has been the basis animal grease to avoid the implant contamination. Heat treatment was done to reduce the relief of stresses at the implant formed to maintain the geometric dimensions after the implant cut, superficial roughness better and titanium biocompatibility. After heat treatment, the average roughness analyzes performed and wettability test in the implant, witch results shows the treated prosthesis changes the biomechanical characteristics. For analysis of the implant geometry, was used a scanner and compared with the CAD model of the prosthesis.